Necesito ayuda para comprender el sobreimpulso y el timbre en los medios puentes MOSFET

De la hoja de datos FDA75N28:

Lo que me cuesta entender son las razones detrás del sobreimpulso y el timbre en V_DS.

Ahora, a lo que ya sé:

  • La corriente que pasa en un inductor no puede cambiar abruptamente, sino que tiene que cambiar gradualmente.

  • Inicialmente, la corriente fluye a través del controlador FET, pero luego este transistor se apaga.

  • La corriente tiene que seguir yendo a alguna parte, y la forma más fácil es fluir a través del diodo de rueda libre del transistor DUT. Esto hace que V_DS sea negativo, ya que el pin de drenaje tiene un potencial más alto que el pin de fuente, lo que polariza hacia adelante el diodo del cuerpo.

  • Antes de que todo el exceso de corriente se disipe en cualquier resistencia parásita que tenga el circuito, el transistor del controlador se enciende nuevamente.

(Necesito ayuda para entender lo que sucede entre estos dos pasos y no estoy 100% seguro del siguiente)

  • El diodo del cuerpo del transistor DUT se polariza inversamente justo después de la polarización directa. Debido a que la región de agotamiento tarda algún tiempo en restablecerse, la corriente comienza a fluir en dirección opuesta a la normal en el diodo. Según la hoja de datos, este fenómeno no tarda demasiado, 320 ns, que es el tiempo de recuperación inversa. La corriente que pasa por el inductor sigue fluyendo en la misma dirección, pero esta vez a través del transistor controlador en lugar del diodo del cuerpo del transistor DUT.

Observación adicional:

Por lo que puedo decir, el potencial de la sonda positiva, V_D, nunca cambia, por lo que para que ocurra un sobreimpulso, la sonda negativa tiene que ir por debajo del pin negativo de la fuente de alimentación. No puedo ver qué puede causar esto.

¿Por qué suena después del rebasamiento? Hablé con un profesor que solo tiene un conocimiento general en electrónica y sugirió que podría ser una capacitancia parásita en algún lugar que oscilaba automáticamente con la inductancia. Quisiera saber a qué se debe exactamente.

Un sistema de timbre tiene que ser un sistema de segundo orden, al menos. Entonces sí, sugiere una capacitancia parásita que interactúa con la inductancia. Cualquier sistema de segundo orden que también incluya resistencia puede tener una respuesta de timbre a una entrada de paso.

Respuestas (2)

Lo que me cuesta entender son las razones detrás del sobreimpulso y el timbre en V_DS.

El zumbido se debe a la capacitancia parásita del MOSFET que reacciona con el inductor como un sistema de segundo orden subamortiguado. Esta capacitancia puede estar en el rango de 100 pF a 1nF. Lea la hoja de datos de MOSFET: parece que será de aproximadamente 900 pF.

¿Alguna otra pregunta que no vi?
Ah, lo siento por no dar más detalles, no entiendo por qué el exceso en primer lugar, pero eso aún podría estar relacionado con el timbre correcto.
Sí, todo se debe a la respuesta transitoria del filtro de segundo orden formado por L y mosfet C.

¡Creo que su explicación es un buen tiro en la dirección correcta!

Con respecto al cambio de diodo de modo directo a modo inverso, hay un artículo de Fairchild , quizás ya lo hayas visto. Una imagen interesante es esta:

ingrese la descripción de la imagen aquí

El cambio de posición de los transportistas minoritarios lleva algún tiempo. El tiempo que se tarda en pasar de la etapa de conducción a la etapa de bloqueo es el tiempo de recuperación inversa.

El voltaje negativo puede explicarse al darse cuenta de que la inductancia de la carga se comporta como una fuente de corriente cuando está cargada. Cuando se está descargando a través del diodo del cuerpo (con polarización directa) del DUT MOSFET, simplemente creará el voltaje directo a través de ese diodo. El diodo se comportará como su propia fuente de voltaje, por así decirlo. Es por eso que el voltaje puede estar por debajo del suministro o tierra, simplemente se comporta como una fuente de voltaje separada en serie con el suministro.

Esto es similar a cómo los convertidores elevadores DCDC pueden generar un voltaje de salida que es más alto que su propio voltaje de suministro. Se carga un inductor y ese inductor cargado le permite descargar la carga en casi cualquier lugar y lograr un voltaje más alto.

La respuesta de Andy explica el timbre. Es una carga que resuena de un lado a otro entre los capacitores (de los diodos en el MOSFET) y la inductancia de la carga.

Tenga en cuenta que el diodo del cuerpo no conducirá corriente en esta situación. El voltaje está por debajo del voltaje directo. Si el diodo condujera, "disiparía" (parte de) la energía en esa carga en movimiento y el timbre se extinguiría más rápidamente.

No es la capacitancia de la puerta la culpable, es la capacitancia de salida. La capacitancia de la puerta (aunque 5nF) se reduce a través de la capacitancia de transferencia inversa (90 pF) a un jugador menor en mi humilde opinión.
Ah, por supuesto :-)